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Entwicklung eines vielseitigen und robusten Laserscanners für 3D-Modellierung und Exploration mit einem Roboterarm
Get PDFThis work presents the development of the VR-SCAN, a versatile and robust triangulation scanner for robotics.
Through optical perception the robot is able to comply with numerous tasks. Therefore perception has to be versatile. However, one single sensor cannot allow for all requirements. This work follows the strategy to design an inherently versatile sensor for a well-defined scenario: The VR-SCAN is dedicated to autonomous 3D modelling and exploration with a robot arm.
Growing autonomy in robotics requires robust perception working reliably in unforeseen and changing environmental conditions. The robot has to perform tasks without compromising itself or the environment.
The sensors requirements for autonomous modelling and exploration are analyzed. Two hypotheses regarding versatility and robustness are derived. The resulting requirements affect the design of the VR-SCAN: Versatility is ensured by large measuring depth and variable focusing. Confidence rating of each measurement provides robustness against false measurements. Therefore detection of safe-for-motion areas is possible.
High integration density is achieved by the use and development of very small components: The compact sensor system merges a MEMS micro mirror, a fiber coupled laser diode, a micro motor for focus control, a compact triplet lens and a central FPGA.
A patented calibration procedure is described and applied. Thus the functionality of the laser scanner is successfully demonstrated. The VR-SCAN combines outstanding features such as large measuring depth, robustness by confidence rating and high accuracy at close range in a small, lightweight package. Hence this robust and versatile sensor for robot perception complies with the stated hypotheses
Integrated polymer photonics : fabrication, design, characterization and applications
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Optische Strukturen zur Einkopplung und Lichtverteilung in vollständig polymerbasierten, planaren Systemen
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Methoden zur Reduktion der Messlatenz von GOBO-Projektor-basierten 3D-Sensoren
Get PDFGenaue, optische 3D-Messverfahren werden vielfältig in der Industrie, der Medizin und der Wissenschaft eingesetzt. Bei etlichen dieser Anwendungen ist eine schnelle Reaktion auf Veränderungen in der Messszene erforderlich. Dies ist z.B. der Fall, wenn eine Maschine aus Sicherheitsgründen abgeschaltet oder angehalten werden muss oder eine direkte Rückmeldung an einen Menschen gegeben werden soll. Steht das 3D-Ergebnis der Messung nach hinreichend kurzer Zeit ab Beginn der Messung zur Verfügung, kann die Reaktion basierend auf diesem Ergebnis angestoßen werden. Das Prinzip des GOBO-Projektor-basierten, aktiven Stereo-Sensors hat sich als genaues, optisches 3D-Messverfahren etabliert. Bei diesem Verfahren wird ein sich zeitlich änderndes, aperiodisches Streifenmuster auf das Messobjekt projiziert, während zwei kalibrierte Kameras jeweils eine Bildsequenz synchron aufnehmen. Innerhalb dieser Bildsequenzen werden anschließend die Abbilder von Objektpunkten, welche in beiden Kameras sichtbar sind, einander zugeordnet. Für jedes solche Paar wird dann die 3D-Koordinate des zugehörenden Objektpunktes trianguliert. Das Verfahren erlaubt auch 3D-Aufnahmen mit speziellen Anforderungen, die von anderen, genauen 3D-Sensorprinzipien nur schwer erreicht werden. Dazu gehört die Messung mit speziellen Lichtwellenlängen, wie z.B. dem Nah-Infrarotbereich, womit blendfreie Vermessung ermöglicht wird, oder die Erfassung sehr schneller Prozesse, wie die Messung von Airbag-Entfaltungen. Bisher war es jedoch nicht möglich, die 3D-Messergebnisse in so kurzer Zeit (z.B. 100 ms), d.h. mit so kurzer Messlatenz, zur Verfügung zu stellen, dass eine unmittelbare Reaktion auf eine Veränderung der Messszene erfolgen kann. Diese Verkürzung der Messlatenz ist das Ziel dieser Arbeit. Es werden Methoden beschrieben und untersucht, mit denen die Messlatenz von GOBO-Projektor-basierten, aktiven Stereo-Sensoren auf unter 100 ms verkürzt werden kann. Die Verbesserungen konzentrieren sich auf zwei Bereiche: die schnelle Rekonstruktion des 3D-Modells aus den aufgenommenen Bildsequenzen und die Reduktion der Aufnahmezeit durch Verkürzung der Bildsequenz-Länge. Letztere wird mittels einer Optimierung der Musterprojektion ermöglicht, welche bei kurzen Bildsequenz-Längen eine erhebliche Reduktion unerwünschter Messartefakte bewirkt. Abschließend werden mehrere Anwendungen gezeigt, die von diesen Verbesserungen profitieren.Accurate, optical 3D measurement techniques are widely used in industry, medicine and science. In some of the applications, a fast response to changes in the measurement scene is required. This is the case, for example, when a machine has to be stopped to avoid collision, or direct feedback to a human being must be provided. If the 3D result of the measurement is available after a sufficiently short time from the start of the measurement, the reaction can be triggered based on this result. Active stereo 3D sensors based on GOBO projection have been established as an accurate optical 3D measurement method. The sensor projects a time-varying, aperiodic fringe pattern onto the measured object, while two calibrated cameras synchronously record an image sequence, each. After the recording, a 3D reconstruction algorithm searches for pixels pairs, which correspond to the same object point within these two image sequences. For each such pair, the algorithm triangulates the 3D coordinate of the associated object point. With this method, special requirements can be accounted for which are difficult to achieve by other accurate 3D measurement principles. These include measurements with special light wavelengths, such as the near-infrared range, thus enabling glarefree, i.e. irritation-free measurement, or the measurement of very fast processes, such as the measurement of airbag inflation. Until now, however, it has not been possible to provide 3D measurement results in such a short time (e.g. 100ms), i.e. with such a short measurement latency, that an immediate reaction to a change in the measurement scene can be made. Therefore, the goal of this dissertation is the reduction of the measurement latency. In this dissertation, the author describes and investigates methods to shorten the measurement latency of GOBO projector-based active stereo sensors to less than 100ms. The improvements focus on two areas: fast reconstruction of the 3D model from the acquired image sequences, and reduction of the acquisition time by shortening the image sequence length. The latter is achieved by means of an optimization of the pattern projection, which results in a significant reduction of unwanted measurement artifacts for short image sequence lengths. Finally, the author shows several applications that benefit from these improvements
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Get PDFThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Variations on the Author
Get PDF“Variations on the Author” discusses two of Eduardo Coutinho’s recent films (Um Dia na Vida, from 2010, and Últimas Conversas, posthumously released in 2015) and their contribution to the general question of documentary authorship. The director’s filmography is characterized by a consistent yet self-effacing form of authorial self-inscription: Coutinho often features as an interviewer that rather than express opinions propels discourses; an interviewer that is good at listening. This mode of self-inscription characterizes him as an author who is not expressive but who is nonetheless markedly present on the screen. In Um Dia na Vida, however, Coutinho is completely absent form the image, while Últimas Conversas, on the contrary, includes a confessional prologue that moves the director from the margins to the center of his films. This article examines the ways in which these works stand out in the filmography of a director who offers new insights into the notion of cinematic authorship
Appropriate Similarity Measures for Author Cocitation Analysis
Get PDFWe provide a number of new insights into the methodological discussion about author cocitation analysis. We first argue that the use of the Pearson correlation for measuring the similarity between authors’ cocitation profiles is not very satisfactory. We then discuss what kind of similarity measures may be used as an alternative to the Pearson correlation. We consider three similarity measures in particular. One is the well-known cosine. The other two similarity measures have not been used before in the bibliometric literature. Finally, we show by means of an example that our findings have a high practical relevance.information science;Pearson correlation;cosine;similarity measure;author cocitation analysis
Quantitative bildgebende Oberflächenanalyse mittels Multiparameter-Fluorometrie
No full textZiel dieser Arbeit war die Erforschung sowie Entwicklung einer neuen Sensortechnologie zur quantitativen bildgebenden Analyse dünner Schmierstoffschichten auf Metallbauteilen. Der erste Teil der Arbeit beschreibt die Entwicklung eines Messsystems zur quantitativen bildgebenden Fluoreszenzanalyse. Es wurde sowohl ein 2D Laserscanner zur Anwendung als Laborsystem als auch ein 1D Inline-System entwickelt. Für das Laborsystem konnte eine Nachweisgrenze besser 0,05 g/m 2 für ein in Automobilpresswerken übliches Umformöl nachgewiesen werden. Der Inline-Laserscanner erlaubt die Analyse der Ölverteilung auf 2,2 m breiten Blechbahnen bei einem Bauraum von lediglich 1,52 m oberhalb des Blechs mit einer Zeilenrate von 400 Linien pro Sekunde. Das zweite Themengebiet umfasst die Entwicklung, Anwendung und Bewertung neuer Methoden zur Charakterisierung sowie zur Kalibrierung von Fluoreszenzsensoren. Hierbei konnte gezeigt werden, dass sich besonders die Analyse des Oberflächenkohlenstoffs sowie das Aufdrucken dünner Schmierstoffschichten zur Untersuchung der Nachweisgrenze in Laborumgebungen eignen. Des Weiteren wurden zwei neuartige Methoden zur Kalibrierung außerhalb sauberer Laborumgebungen vorgestellt. Als erste Möglichkeit konnte die Nutzung eines zuvor kalibrierten Infrarot-Absorptionssensors zur automatischen Kalibrierung von Fluoreszenzsensoren gezeigt werden. Als zweite Möglichkeit wurde erstmalig der Transfer von Kalibrierdaten zwischen verschiedenen optischen Aufbauten mittels eines Feststoff-Fluoreszenzstandards gezeigt. Das dritte Themengebiet beschreibt die theoretische sowie experimentelle Analyse von Einflussfaktoren auf die Fluoreszenzemission dünner Schichten. Untersucht wurden unter anderem der Einfluss der Eigenschaften des Substratmaterials unterhalb der Schicht, der Neigung der Probe sowie des Kontaktwinkels, also der Form der Öltropfen. Die Analyse von mit Öltropfen beschichteten Aluminiumproben zeigt beispielsweise einen Anstieg des detektierten Fluoreszenzsignals um über Faktor vier bei einer Neigung der Probe um 45°. Erst die so gewonnenen Erkenntnisse erlauben die korrekte Interpretation von Fluoreszenzbildern dünner Schichten auf dreidimensionalen industriellen Bauteilen. Die erreichten Ergebnisse stellen einen signifikanten Beitrag zur Weiterentwicklung der verfügbaren Sensorik zur Qualitätssicherung im Bereich der Metallverarbeitung dar
Quantitative bildgebende Oberflächenanalyse mittels Multiparameter-Fluorometrie
Get PDFZiel dieser Arbeit war die Erforschung sowie Entwicklung einer neuen Sensortechnologie zur quantitativen bildgebenden Analyse dünner Schmierstoffschichten auf Metallbauteilen. Der erste Teil der Arbeit beschreibt die Entwicklung eines Messsystems zur quantitativen bildgebenden Fluoreszenzanalyse. Es wurde sowohl ein 2D Laserscanner zur Anwendung als Laborsystem als auch ein 1D Inline-System entwickelt. Für das Laborsystem konnte eine Nachweisgrenze besser 0,05 g/m 2 für ein in Automobilpresswerken übliches Umformöl nachgewiesen werden. Der Inline-Laserscanner erlaubt die Analyse der Ölverteilung auf 2,2 m breiten Blechbahnen bei einem Bauraum von lediglich 1,52 m oberhalb des Blechs mit einer Zeilenrate von 400 Linien pro Sekunde. Das zweite Themengebiet umfasst die Entwicklung, Anwendung und Bewertung neuer Methoden zur Charakterisierung sowie zur Kalibrierung von Fluoreszenzsensoren. Hierbei konnte gezeigt werden, dass sich besonders die Analyse des Oberflächenkohlenstoffs sowie das Aufdrucken dünner Schmierstoffschichten zur Untersuchung der Nachweisgrenze in Laborumgebungen eignen. Des Weiteren wurden zwei neuartige Methoden zur Kalibrierung außerhalb sauberer Laborumgebungen vorgestellt. Als erste Möglichkeit konnte die Nutzung eines zuvor kalibrierten Infrarot-Absorptionssensors zur automatischen Kalibrierung von Fluoreszenzsensoren gezeigt werden. Als zweite Möglichkeit wurde erstmalig der Transfer von Kalibrierdaten zwischen verschiedenen optischen Aufbauten mittels eines Feststoff-Fluoreszenzstandards gezeigt. Das dritte Themengebiet beschreibt die theoretische sowie experimentelle Analyse von Einflussfaktoren auf die Fluoreszenzemission dünner Schichten. Untersucht wurden unter anderem der Einfluss der Eigenschaften des Substratmaterials unterhalb der Schicht, der Neigung der Probe sowie des Kontaktwinkels, also der Form der Öltropfen. Die Analyse von mit Öltropfen beschichteten Aluminiumproben zeigt beispielsweise einen Anstieg des detektierten Fluoreszenzsignals um über Faktor vier bei einer Neigung der Probe um 45°. Erst die so gewonnenen Erkenntnisse erlauben die korrekte Interpretation von Fluoreszenzbildern dünner Schichten auf dreidimensionalen industriellen Bauteilen. Die erreichten Ergebnisse stellen einen signifikanten Beitrag zur Weiterentwicklung der verfügbaren Sensorik zur Qualitätssicherung im Bereich der Metallverarbeitung dar.This work presents the research on the development of a new sensor technology for quantitative imaging analysis of thin lubricant layers on metal components. The first part of the thesis describes the development of a measurement system for quantitative imaging fluorescence analysis. The developed systems are a 2D laser scanner used as laboratory system and a 1D laser scanner for inline applications. The limit of detection of the laboratory system is better than 0.05 g/m² for a lubricant oil typically used in automotive press plants. The inline system can analyze the lubricant distribution on sheet metal coils up to 2.2 m in width, with only requiring an installation space of 1.52 m above the sample. The sampling rate of the 1D system is 400 lines per second. The second topic covers the development, application and evaluation of new methods for the characterization and calibration of fluorescence sensors. The results show that the best ways to determine the limit of detection in lab environments are to use a multiphase carbon analyzer as well as to print thin lubricant layers. In addition, the work presents two new methods for the calibration of fluorescence sensors outside of lab environments. In the first method, a calibrated infrared absorption sensor is used for the auto-calibration of the fluorescence sensor. The second method is the transfer of calibration-data between different optical setups by using a solid material fluorescence standard. The third topic covers the theoretical as well as the experimental study of parameters that influence the fluorescence emission of thin layers. Amongst other results, this work analyzes the influence of the properties of the substrate material, the contact angle that describes the shape of lubricant droplets and the tilt of the sample. For example, the results show a quadruple increase of the detected fluorescence signal, when aluminum samples coated with lubricant droplets are titled by 45°. These findings are essential prerequisites for the quantitative interpretation of fluorescence images of thin layers on three-dimensional industrial components. The presented results make a significant contribution towards the improvement of sensors for quality assurance in the metal processing industries
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